3.3金属晶体与离子晶体 课件 -2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第三节 金属晶体与离子晶体 第1课时 金属晶体 第三章 晶体结构与性质 1 学习目标 1.能辨识常见的金属晶体，能从微观角度分析金属晶体中构成微粒及微粒间作用，并解释金属的物理性质。 新课引入 观察金属置换反应中金属的生长过程，可知：金属具有较为规则的几何外形，是一种晶体，我们称其为金属晶体。 【思考】常温下，所有的金属单质(或合金)都是金属晶体吗？金属晶体构成的微粒是什么？微粒间的作用力是什么？ 在常温下，金属(除汞外)都是晶体。 一、金属键 由于金属原子的最外层电子数较少，容易失去电子成为金属离子，金属脱落下来的价电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金属的“电子气”，从而把所有金属原子维系在一起。这些电子又称为自由电子。 1.电子气理论 一、金属键 2.金属键的基本概念 (1)概念：___________与_________之间的强烈的相互作用。 (2)特征：金属原子脱落下来的_______形成遍布整块晶体的“________”，被所有原子所共用，从而把所有的_________维系在一起。所以金属键 _____方向性和饱和性。 金属阳离子 自由电子 价电子 电子气 金属原子 没有 (3)影响因素：一般而言，金属元素的原子(或阳离子)半径越____，金属键越强。金属元素的价电子数越_____，金属键越强。 小 多 二、金属晶体 1.金属晶体的基本概念 金属(除汞外)在常温下都是晶体，称其为金属晶体。它们的结构就好像很多硬球一层一层很_____地堆积，每一个金属原子的周围有较多相同的_______围绕着。在金属晶体中，原子间以 ________相互结合。 紧密 原子 金属键 2.金属晶体的通性 有金属光泽、导电性、导热性、延展性等。 二、金属晶体 3.“电子气理论”解释金属的通性 (1)金属的导电性 金属晶体中，自由电子在外加电场作用下，发生_____移动，形成_____，使金属具有良好的导电性，金属晶体中除自由电子外的金属阳离子在其位置附近振动，加热时，金属阳离子的振动_____， _____自由电子的运动，因而金属的电阻随温度升高而_____。 定向 电流 加强 阻碍 增大 二、金属晶体 3.“电子气理论”解释金属的通性 (2)金属的导热性 + + + + + + + + + + + + + + + − − − − − − − − − − − − − − − 金属晶体中，自由电子在运动中不断地与金属阳离子碰撞，从而发生_________，使得金属具有导热性。加热时，金属阳离子的振动和自由电子的运动速度_____，碰撞更为_____，迅速实现热量传递。 能量交换 加快 频繁 二、金属晶体 3.“电子气理论”解释金属的通性 (3)金属的延展性 金属晶体中，由于自由电子的“胶合”作用，当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，而且弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以金属有良好的延展性。 延性：抽成细丝 展性：压成薄片 二、金属晶体 3.“电子气理论”解释金属的通性 (4)金属的金属光泽 自由电子：可吸收所有频率的光，然后很快等比放出所有频率的光，绝大多数块状金属具有银白色光泽。某些金属因易吸收某些频率光，而呈特殊颜色(互补色)。 金属光泽只有在整块时才能表现出来。在粉末状时，金属的晶面取向杂乱，晶格排列得不规则，吸收可见光后辐射不出去，因而显黑色。 二、金属晶体 4.金属晶体熔点的变化规律 熔点差别较大，一般熔点较高，但有部分熔点较低，如Cs、Hg等。 汞——熔点最低 (−38.87 ℃)，钨——熔点最高(3 410 ℃) 元素 3Li(锂) 11Na(钠) 19K(钾) 37Rb(铷) 55Cs(铯) 熔点/℃ 180.5 97.81 63.65 38.89 28.40 沸点/℃ 1 347 882.9 774 688 678.4 硬度 0.6 0.4 0.5 0.3 0.2 金属键的强弱对金属单质物理性质的影响： 金属键越强，金属晶体的熔、沸点越____，硬度越____。 一般合金的熔点比各组分的熔点____，硬度比成分金属____。 高 大 低 大 课堂检测 1.正误判断 (1)不存在只有阳离子，而没有阴离子的物质 (2)金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键也被破坏 (3)金属原子半径越小，价电子数越多，其单质熔、沸点越高，硬度越大 (4) 熔点一定是共价晶体>金属晶体>分子晶体 (5)金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子 (6)金属原子在化学变化中失去的电子数越多，其还原性越强 (7)金属晶体的堆积方式会影响金属的性质 (8)金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动 √ × × × × × √ × 二、金属晶体 5.金属晶体的常见堆积方式(了解) (1) 二维空间有两种排列方式 (2) 在三维空间里的3种常见堆积方式 简单立方堆积 钋 体心立方堆积 钠、钾、铬、钼、钨等 面心立方堆积 金、银、铜、铅等 非密置层 密置层 熔点最低的金属是−−− 汞 [−38.87℃] 熔点最高的金属是−−−− 钨 [3410℃] 密度最小的金属是−−− 锂 [0.53g/cm3] 密度最大的金属是−−−− 锇 [22.57g/cm3] 硬度最小的金属是−−− 铯 [0.2] 硬度最大的金属是−−−− 铬 [9.0] 最活泼的金属是−−−−− 铯 最稳定的金属是−−−− 金 延性最好的金属是−−− 铂[铂丝直径：mm] 展性最好的金属是−−− 金[金箔厚：mm] 二、金属晶体 6.金属之最(了解) 第三节 金属晶体与离子晶体 第2课时 离子晶体 第三章 晶体结构与性质 15 学习目标 1.能辨识常见的离子晶体，能从微观角度理解离子键对离子晶体性质的影响，能从宏观角度解释离子晶体性质的差异。 2.通过对离子晶体模型的认识，理解离子晶体的结构特点，预测其性质。 新课引入 【思考】食盐具有较高的熔点和沸点以及较大的硬度，NaCl晶体不能导电，但熔融的NaCl或者水溶液却能导电，如何解释呢? 氯化钠晶体 硫酸铜晶体 一、离子晶体的概念 1.定义 离子晶体是由_______和_______通过_______相互作用形成的晶体。 3.成键粒子 阴离子、阳离子，有的还存在电中性分子(如H2O、NH3等)。 4.相互作用 阳离子、阴离子之间以_______结合， 有些离子晶体中可能存在________、 ________等。 强碱、活泼金属氧化物、绝大部分盐。如NaOH、KOH、CaO、Na2O2、CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等。 2.类别 阳离子 阴离子 离子键 共价键 氢键 离子键 (AlCl3、BeCl2通常是分子晶体) 二、离子晶体的物理性质 熔、沸点较____，硬度较____， ____压缩。大多数离子晶体____溶于水，___溶于有机溶剂。离子晶体_____导电，但________或__________能导电。 高 熔融状态 大 难 不能 溶于水 难 易 【思考1】NaCl等离子晶体在熔融状态和水溶液导电与金属导电有什么不同? 金属晶体在外加电场条件下，自由电子定向移动形成电流，属于物理变化。 离子晶体溶于水和熔融状态可以电离产生自由移动的离子，在外加电场条件下，自由移动的离子定向移动形成电流，同时在电极上引发氧化还原反应，属于化学变化。 【思考2】熔点：Na2O 1275℃ ；NaCl 801 ℃；CsCl 645 ℃，试解释其原因。 Na+、Cs+所带电荷一样， O2−的所带电荷多；半径Na+小于Cs+， O2−小于Cl−，所以离子键的强度Na2O强于NaCl强于CsCl。 二、离子晶体的物理性质 【思考3】离子晶体是否具有较好的延展性? 离子晶体较脆，延展性较差 施加外力 发生滑动 同种电荷相互排斥，使晶面裂开 三、典型的离子晶体 每个Na+周围距离最近的Cl−有____个；每个Cl−周围距离最近的Na+有____个； 每个Na+(Cl−)周围距离相等且最近的Na+(Cl−)是____个。 每个晶胞中实际拥有的Na+数是____，Cl−数是____。晶体的化学式为_____。 若晶胞参数为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA， 则该晶体的密度为 ___________g·cm−3。 1.NaCl晶体 6 6 NaCl 12 4 4 三、典型的离子晶体 每个Cs+周围距离最近的Cl−有____个；每个Cl−周围距离最近的Cs+有____个； 晶胞参数为a pm，每个Cs+(Cl−)周围最近且等距的Cs+(Cl−)是____个； 次近且等距的是____个，距离________。 每个晶胞中实际拥有的Cs+数是____，Cl−数是____。晶体的化学式为_____。 若阿伏加德罗常数的值为NA， 则该晶体的密度为 ___________g·cm−3。 2. CsCl晶体 8 8 NaCl 6 1 1 12 a pm 课堂检测 1.正误判断 (1)离子晶体一定是离子化合物，只含离子键 (2)含有阴离子的晶体一定含有阳离子，含有阳离子的晶体一定含有阴离子 (3)含有离子的晶体一定是离子晶体 (4)由金属与非金属形成的晶体，属于离子晶体 (5)离子晶体的熔点一定低于共价晶体的熔点 (6)离子晶体受热熔化，破坏化学键，吸收能量，属于化学变化 2.下列物质的熔点高低顺序正确的是_______ A. 金刚石>晶体硅>碳化硅 B. K>Na>Li C. NaF<NaCl<NaBr D. CI4>CBr4>CCl4>CH4 E. H2O > NH3 > CH4 × × × × × × DE 课堂检测 3.下列性质中适合离子晶体的是_______。 ①熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 ②熔点为10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电 ③能溶于CS2，熔点为−7.25 ℃，沸点为59.47 ℃ ④熔点为97.81 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm−3 ⑤熔点为−218 ℃，难溶于水 ⑥熔点为3 900 ℃，硬度很大，不导电 ⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱 ⑧难溶于水，熔点较高，固体不导电，熔化时导电 ①⑧ 4.萤石(CaF2)晶胞结构如图所示，晶胞边长为a pm。 (1)小黑球代表的离子：_____。 (2)阳离子配位数为_____，阴离子配位数为____。 (3)每个Ca2+周围最近且等距离的Ca2+有___个， 每个F−周围最近且等距离的F−有____个。 (4)该晶胞中Ca2+和F−的最近距离为____________。 (5)若阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为 _______________g·cm−3。 课堂检测 Ca2+ 8 4 12 6 a pm 晶体类型 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 微粒种类 微粒间作用力 金属阳离子和自由电子 金属键 原子 离子键 共价键 分子 分子间作用力 阴、阳离子 四、离子液体(补充) 实际上，大量离子晶体中的阴阳离子不是单原子离子。有些阴阳离子的体积很大，则离子键较弱，熔沸点较低，常温下甚至以液态形式存在。 化合物 熔点/℃ 化合物 熔点/℃ CaO 2 613 Na2SO4 884 CuCl2 1 326 Ca2SiO4 2 130 NH4NO3 169.6 Na3PO4 340 BaSO4 1 580 CH3COOCs 194 LiPF6 200(分解温度) NaNO2 270 离子所带电荷数_____，离子半径_____，离子键越强，熔沸点越高。 越多 越小 四、离子液体(补充) C2H5NH3NO3熔点为12℃ 离子液体：熔点低、稳定性强、是优良的绿色溶剂等优点。 常见的阴离子：、 、 等； 常见的阳离子：季铵离子(R4N+)、带烃基侧链的咪唑、嘧啶等有环状含氮结构的胺正离子等。 1.维生素B1晶体溶于水的过程中要克服的微粒间的作用力有___。 A.离子键、共价键 B.离子键、氢键、共价键 C.氢键、范德华力 D.离子键、氢键、范德华力 课堂检测 D 第三节 金属晶体与离子晶体 第3课时 过渡晶体与混合型晶体 第三章 晶体结构与性质 29 学习目标 1.从化学键变化上认识过渡晶体，理解纯粹的典型晶体是不多的。 2.从结构和性质上认识典型的混合型晶体——石墨。 3.了解晶体类型的比较与判断方法。 新课引入 【思考】判断下列物质晶体类型？ 干冰 蓝矾 金刚石 纯铜 分子晶体 离子晶体 共价晶体 金属晶体 纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是四类典型晶体间的过渡晶体。 一、过渡晶体 纯粹的典型晶体不多，大多数离子晶体中的化学键具有一定的共价键成分。 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 离子键的 百分数/% 62 50 41 33 离子键的百分数更小 第三周期元素几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数 离子晶体 共价晶体 分子晶体 离子键的百分数大，当作离子晶体处理。 离子键的百分数小，共价键贯穿整个晶体，当作共价晶体处理。 离子键的百分数更小，共价键不再贯穿整个晶体，当作分子晶体处理。 【思考】离子键的百分数和什么因素有关？ 化合物 键型 离子键的百分数 电负性差值 CsCl 离子键 75% 3.16 − 0.79 ＝ 2.37 HCl 极性共价键 20% 3.16 − 2.22 ＝ 0.94 Cl2 非极性共价键 0 3.16 − 3.16 ＝ 0 电负性差值越大，离子键成分的百分数越大！ 一、过渡晶体 【思考1】从石墨的性质判断石墨可能属于那种晶体类型？ 石墨部分物理性质 莫氏硬度 熔点 导电性 1 3850℃ 有 二、混合型晶体 共价晶体特征 金属晶体特征 分子晶体特征 晶体内同时存在若干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质。 称之为混合型晶体。 二、混合型晶体 石墨的层状结构 石墨的二维平面结构 石墨中未杂化的p轨道 层间通过范德华力维系，范德华力较弱，层与层之间易于断开而滑动，所以石墨质软具有润滑性。 层平面每个C原子周围连接3个C，共价键的键长很短，键能很大，石墨的熔点很高。 层中每个C原子未参与杂化的2p轨道平行重叠，形成大π键，这些p电子可在整个层平面中运动。 石墨的二维平面结构 二、混合型晶体 【思考2】石墨和金刚石结构有何差异？ ①石墨中C原子均采取_______，形成_____________结构。 金刚石中C原子均采取_______，形成_____________结构。 ②石墨中环、C、C-C个数比为__________。 金刚石中环、C、C-C个数比为__________。 sp2杂化 平面六元并环 sp3杂化 三维骨架 1：2︰3 2：1︰2 金刚石的晶体结构 ③等质量的金刚石与石墨中C原子的个数比为_______； 两者碳碳键的个数________。 1︰1 4︰3 ④石墨中C—C的键长小于金刚石中C—C的键长的原因： __________________________________________________ _________________________________________________。 金刚石中C—C间只有σ键，而石墨中层内的C—C间不仅有σ键，还有大π键，电子云重叠程度更大，键长更短 触媒在高温高压下合成 石墨变金刚石的可能性？ 二、混合型晶体 课堂检测 1.正误判断 (1) 电负性的差值越大，离子键成分的百分数越小 (2)在共价晶体中可以认为共价键贯穿整个晶体，而在分子晶体中共价键仅局限于晶体微观空间的一个个分子中 (3)石墨的导电性只能沿石墨平面的方向 (4)石墨晶体层与层之间距离较大，所以石墨的熔点不高 (5)纯粹的典型晶体是没有的 (6)四类晶体都有过渡型 (7)SiO2属于过渡晶体，但当作共价晶体来处理 × √ √ × √ × √ 晶体 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 构成微粒 分子 原子 金属离子、自由电子 阴、阳离子 微粒间 作用力 范德华力 (少数有氢键) 共价键 金属键 离子键 性质 熔、沸点 较低 很高 一般较高 较高 硬度 小 很大 一般较大 略硬而脆 溶解性 相似相溶 不溶 不溶，有些与水反应 多数溶于水 机械性能 不良 不良 良好 不良 导电性 固态、液态均不导电，部分溶于水时导电 大部分固态、熔 融时都不导电 固态、熔融态时导电 固态时不导电，熔融时导电，能溶于水的溶于水时导电 三、晶体类型的比较 1.四种晶体的比较 三、晶体类型的比较 2.分类比较晶体的熔、沸点高低的方法 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律： 共价晶体>离子晶体>分子晶体。 (2)共价晶体 原子半径小的键长短，键能大，共价晶体的熔、沸点高。 (3)离子晶体 一般情况，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小， 则离子键就越强，离子晶体的熔、沸点就越高。 (4)分子晶体 ①具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。 ②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大， 熔、沸点越高。 三、晶体类型的比较 2.分类比较晶体的熔、沸点高低的方法 (4)分子晶体 ③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大， 其熔、沸点越高。 ④有机化合物的同分异构体(同类别物质)，支链越多，其熔、沸点越低。 (5)金属晶体 金属晶体的熔点差别很大，如钨、铂等熔点很高，如镓、铯等熔点很低。 金属元素的原子半径越小，金属元素的价电子数越多，金属键越强， 熔、沸点越高。 课堂检测 1.下列各组按熔、沸点由低到高顺序排列正确的是___________ (填字母)。  A.KCl、NaCl、MgO B.石墨、金刚石、SiC、晶体硅 C.CH4、C2H6、C3H8、C4H10 D.H2O、H2S、H2Se、H2Te E.CH4、NH3、HF、H2O F. Na、K、钠钾合金 G.Na、K、Rb、Al H.CO2、Na、KCl、SiO2 I.O2、I2、Hg、MgCl2 2.比较熔、沸点：CO___N2，CH3OH___CH3CH3，正丁烷___异丁烷 ACEH > > > 三、晶体类型的比较 3.晶体类型的判断方法 (1)依据物质的分类判断 ①活泼金属的氧化物(如Na2O、MgO等)、强碱[如KOH、Ba(OH)2等]和绝大多数的盐类是离子晶体。 ②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硼、晶体硅等外)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。 ③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼、晶体硅、晶体锗等；常见的共价晶体化合物有碳化硅、SiO2等。 ④金属单质(常温下除汞外)与合金均属于金属晶体。 三、晶体类型的比较 3.晶体类型的判断方法 (2)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用判断 分子，分子间作用力→分子晶体； 原子，共价键→共价晶体； 阴、阳离子，离子键→离子晶体； 金属阳离子、自由电子，金属键→金属晶体。 (3)依据晶体的熔点判断 离子晶体：熔点较高，常在数百至几千摄氏度； 共价晶体：熔点高，常在一千至几千摄氏度； 分子晶体：熔点较低，常在数百摄氏度以下或很低温度； 金属晶体：多数熔点高，但也有熔点相当低的。 三、晶体类型的比较 3.晶体类型的判断方法 (4)依据导电性判断 离子晶体：水溶液中和熔融状态下都导电； 共价晶体：一般为非导体，但晶体硅能导电； 分子晶体：非导体，而部分分子晶体 (酸)溶于水，形成自由离子，也能导电； 金属晶体：电的良导体。 (5)依据硬度和机械性能判断 离子晶体硬度较大或略硬而脆；共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆； 金属晶体多数硬度大，但也有硬度较小的，且具有延展性。 课堂检测 1.四种物质的一些性质如下表： 物质 熔点/℃ 沸点/℃ 其他性质 单质硫 120.5 271.5 — 单质硼 2 300 2 550 硬度大 氯化铝 190 180.0 177.8 ℃升华 苛性钾 300 1 320 晶体不导电，熔融态导电 晶体类型：单质硫是______晶体；单质硼是______晶体； 氯化铝是_______晶体；苛性钾是______晶体。 分子 共价 分子 离子 $$